Мдк 01. 01 Технология формирования систем автоматического управления

19. Надежность мехатронных модулей. Основные понятия и 
характеристики надежности 
Технической базой управления мехатронными системами являются 
микропроцессоры. Развитие микропроцессорной техники позволяет создавать 
весьма эффективные локальные децентрализованные системы управления, 

---

46 
 
малогабаритные и достаточно дешевые. При этом устраняются многие трудности, 
характерные для крупных централизованных систем управления: необходимость 
организации разветвленных каналов связи, наличие ограничений по 
быстродействию и др. Следует отметить, что электронная аппаратура, 
используемая в мехатронных. системах, должна соответствовать достаточно 
жестким условиям работы (запыленности, вибрации и др.). Работоспособность 
мехатронных систем обеспечивается только при определенном уровне ее 
надежности. В широком плане надежной системой можно считать такую, которая 
продолжает функционировать при отказе отдельных элементов (свойство 
живучести). Это особенно важно для мехатронных систем, которые должны 
сохранять ограниченную работоспособность даже при наличии дефектов или при 
воздействиях, не предусмотренных условиями эксплуатации. Появление отказа 
допускается, но он не должен приводить к выходу всей системы из строя. 
Рассматривая мехатронную систему как единое целое, необходимо обратить 
особое внимание на надежность ее компонентов. Повышение надежности 
механических устройств часто основано на принципе избыточности, который 
предполагает большой запас прочности, износостойкости, жесткости и 
виброустойчивости 
всех 
элементов. 
Однако 
достаточная 
надежность 
механической части мехатронной системы может быть обеспечена только при 
соответствующей 
надежности 
программных 
и 
аппаратных 
средств 
информационной и управляющей частей. Кроме общеизвестных мер повышения 
надежности 
для 
мехатронных 
систем 
характерно 
использование 
диагностирования. При этом с помощью датчиков собирается текущая 
информация о состоянии системы и ее важнейших узлов и деталей. Полученные 
данные служат для корректировки условий эксплуатации. 
Для повышения надежности сложных (в первую очередь электронных) 
систем используют принцип резервирования, когда при выходе элемента из строя 
его функции выполняет дублер. Рассмотрим систему, состоящую из трех 
параллельно соединенных элементов (рис. 19.1), имеющих вероятность 
безотказной работы Р
1
, P
2 
и Р
3
. Отказ системы возможен только при 
одновременном отказе всех элементов, и его вероятность Р
о
намного меньше, чем 
для каждого из элементов. 
Рис. 19.1. Параллельное соединение элементов для повышения надежности 
В общем случае P
р
, = (1 - Р
1
) (1 - Р
2
) (1 – Р
3
), если P
1
= Р
2
= Р
3
= Р, то Р
∑
= 1 - 
(1 - Р)
3
. Например, если для каждого элемента Р = 0,9, то для системы в целом 

---

47 
 
вероятность безотказной работы Р
∑
= 1 - (1 - 0,9)
3
= 0,999, а вероятность отказа 
Р
о
= 0,001, и она ниже на два порядка, чем без резервирования. 
Одной из ключевых проблем в области мехатронных систем является 
управление движением исполнительного органа с помощью ЭВМ. При этом 
необходимо обеспечить восприятие сигнала от датчика обратной связи, 
преобразование его в форму, пригодную для дальнейшего использования, подачу 
сигнала на источник движения и реализацию движения. Здесь должны решаться 
задачи, связанные с датчиками, приводами, управлением движением 
(программное и аппаратное обеспечение), контролем перемещений и др.